水氧化為過氧化氫（H₂O₂）的生產(chǎn)提供了一種有前景的途徑。然而，依賴堿性碳酸氫鹽電解液作為中間體存在局限性，例如H₂O₂分解和狹窄的pH（7-9）有效范圍，限制了其在更寬的pH范圍內(nèi)的實(shí)用性。

2024年12月2日，中山大學(xué)胡卓鋒副教授在國(guó)際頂級(jí)期刊Nature Communications發(fā)表題為《Crystal OH mediating pathway for hydrogen peroxide production via two-electron water oxidation in non-carbonate electrolytes》的研究論文，Ruilin Wang為論文第一作者，胡卓鋒副教授為論文通訊作者。

胡卓鋒，中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院副教授。2008年、2011年本碩畢業(yè)于中山大學(xué)，碩士期間師從國(guó)際電化學(xué)專家沈培康教授。2014年在香港中文大學(xué)博士畢業(yè)，師從國(guó)際光催化專家余濟(jì)美教授。2014-2018年在香港中文大學(xué)擔(dān)任研究助理。2018年加入中山大學(xué)。

研究方向?yàn)樵丶t磷環(huán)境催化劑；水熱碳環(huán)境催化劑；分子氧活化與高級(jí)氧化水處理；二電子水氧化CO₂還原；泛函密度材料模擬計(jì)算（VASP）。已發(fā)表論文73篇，第一/通訊作者論文57篇，授權(quán)專利9項(xiàng)。

這項(xiàng)研究揭示了一種晶體OH介導(dǎo)途徑，穩(wěn)定SO₄OH*作為關(guān)鍵中間體。

堿式碳酸銅（Cu₂(OH)₂CO₃）片常見于文物中，具有在中性或酸性非碳酸氫鹽電解液中產(chǎn)生H₂O₂的能力。

通過利用這種晶體OH介導(dǎo)策略，可以在Na₂SO₄電解液中產(chǎn)生大量H₂O₂。

值得注意的是，在50 mL 0.5M Na₂SO₄電解液中，H₂O₂生成速率在3.4 V下可以達(dá)到64.35 μmol h^–1。

這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了催化劑中晶體部分在催化2e^?水氧化反應(yīng)中的重要性，為未來的研究提供了寶貴的見解。

圖1：Cu₂(OH)₂CO₃片狀電極在水氧化途徑中產(chǎn)生H₂O₂的性能

圖2：Cu₂(OH)₂CO₃片狀電極的表征

圖3：Cu₂(OH)₂CO₃片狀電極的電化學(xué)性能

圖4：Cu₂(OH)₂CO₃片狀電極活性組分的研究

圖5：通過OH*的直接途徑和通過SO₄*的間接途徑

圖6：Cu₂(OH)₂CO₃上H₂O₂生成過程的圖解

綜上，這項(xiàng)研究提出了一種通過非碳酸鹽電解液中的兩電子水氧化反應(yīng)生產(chǎn)過氧化氫的新方法，利用堿式銅碳酸鹽（Cu₂(OH)₂CO₃）片劑作為催化劑，在中性或酸性條件下實(shí)現(xiàn)了高效過氧化氫的生成。

該研究不僅提高了H₂O₂的生產(chǎn)效率和法拉第效率，而且拓寬了H₂O₂在更廣泛pH范圍中的應(yīng)用前景，對(duì)于化學(xué)制造、生物醫(yī)學(xué)工程、能源技術(shù)和環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域具有重要意義。

Wang, R., Luo, H., Duan, C.?et al. Crystal OH mediating pathway for hydrogen peroxide production via two-electron water oxidation in non-carbonate electrolytes.